基于項目區土石方挖填平衡計算探討

孫志強

(鐵嶺市水利事務服務中心，遼寧 鐵嶺 112000)

1 概述

在城市化的過程中，大規模的基礎設施建設將會破壞原有地形和植被，在某種程度上，造成人為的土壤侵蝕。一旦發生，就會對人們的生活造成威脅。尤其是在城市發展的各個不同階段，土壤和廢物的意外堆積以及為建設而不定期地挖掘土壤等問題，會導致洪水、泥石流和其他災害，考慮到城市開發建設項目中的土石平衡問題，開展城市土壤侵蝕研究，為提高城市水土保持和實現城市經濟可持續發展提供技術支撐具有重要意義。項目區位于大連市金普新區擁政街道九里村，南側緊靠華潤新地塊，東側緊臨202國道，西側靠近永安大街，北側為九苑小區。項目區規劃占地5.59hm2，主要建有14棟住宅(1～14)、1座公建(15)、1個幼兒園(16)和1個地下車庫(17)及配套設施等，總建筑面積131947m2。3#樓、15#公建和16#幼兒園位于項目區建設區東北角，其余建筑物在項目區內橫縱對齊、均勻分布?？紤]2#～4#建筑和6#～11#建筑全部或部分位于17#地下車庫上方，基底面積主要是17#地下車庫基礎占地面積和其余建筑占地面積，基底面積約3.07萬m2。區內道路隨建筑物分布延伸，呈環通式布置。項目區共設2個車行出入口，位于項目區建設區北側和東側。小區內設停車位1285個，其中地上車位642個，沿小區道路分布。區內建筑均勻排布，各建筑物之間通過硬化(磚鋪)銜接，區內景觀小品設計錯落有致。

項目區地處遼寧南部，土壤類型屬暖溫帶落葉闊葉林棕壤帶[1]，平均林草覆蓋率約30%。該工程涉及土壤為棕壤性土、棕壤，棕壤又稱為棕色森林土，是大連地區分布最廣、面積最大的地帶性土壤。屬于北方土石山區的水力侵蝕類型，屬于輕度侵蝕。該區建筑物層數3～23，層高2.90～4.80m，設計檐口標高70.80～135.10m，設計室內平均底標高54.50～64.20m。17#地下車庫設計室內標高49.85～57.50m，車庫層高3.65～6.65m。車庫頂板平均覆土厚度1.80m(含綠化覆土層和硬化結構層)。地勢西北高東南低，主體設計室外場地標高53.90～64.00m，總體坡度2°。項目區外為市政道路標高54.62～61.78m，項目區與市政道路和其他地塊通過規劃綠地或景觀硬化順接[2]。設計16#幼兒園地勢略高并布設107m圍墻。

2 土石方平衡

根據項目區建設場地原地貌及主體工程建筑結構、形式及施工組織等[3-4]，確定項目區挖填方主要為建(構)筑物基坑與基礎挖填方、場平工程、管溝挖填方、地下車庫上方回填覆土和綠化種植土回覆。

2.1 坑挖填方

2.1.117#地下車庫(不含建筑)基坑挖填方

根據規劃17#地下車庫占地面積約為2.17hm2?？紤]原地貌平均高程59.12m，設計室內標高49.85～57.50m，設計室內底板平均頂高程為54m，設計室外平均標高59.50m。其底板厚度0.35m，墊層0.10m。原地貌平均高程高于設計室內平均頂標高，底板及墊層厚度0.45m，需要下挖5.57m?？紤]挖至底板墊層底，再挖基礎?；臃牌缕卤?∶0.5，考慮0.50m的工作面L，擴挖回填至設計室外平均標高。

計算公式為：

H=H地貌-H室內+h底板+h墊層

(1)

式中，H—開挖平均深度，m；H地貌—原地貌平均高程，m；H室內—設計室內平均底標高，m；h底板—底板厚度0.35m；h墊層—墊層厚度0.10m。

S挖截=(2L+0.5H)·H/2

(2)

式中，S挖截—挖截面積，m2；L—基坑長度，m。

W擴挖=L·S挖截

(3)

式中，W擴挖—擴挖量，m3；L—基坑長度，m。

W開挖=S占地·H+W擴挖

(4)

式中，W開挖—開挖量，m3；S占地—占地面積，m2。

如設計室外平均標高>原地貌平均高程，則擴挖回填量計算公式為：

W擴挖回=W開挖+(H室外-H地貌)·L

(5)

式中，W擴挖回—擴挖回填量，m3；H室外—設計室外平均標高，m。

如設計室外平均標高≤原地貌平均高程，則W擴挖回=W擴挖回。計算結果詳見表1。

表1 17#地下車庫基坑挖填方計算表

2.1.2車庫外建筑物基坑挖填方

建筑物采用樁基礎和獨立基礎，考慮原地貌平均高程低于設計室內底板墊層底標高，基坑需要墊填，墊填至底板的墊層底[5-8]；原地貌平均高程高于設計室內底板墊層底標高，需要下挖，挖至底板的墊層底，基坑放坡坡比1∶0.5，考慮0.50m的工作面，擴挖回填至設計室外平均標高。計算結果詳見表2。

表2 建筑物基坑挖填方計算表

2.2 基礎挖填方

2.2.1樁基礎挖填方

計算公式為：

W承臺挖方量=(H+h墊層-h底板墊層)·
(A+1)×(B+1)·n承臺數量

(6)

V承臺=(H+h墊層-h底板墊層)·A·B·n樁數量(7)

W總挖方量=(W承臺挖方量+W樁挖方量)·(1+30%)

(8)

W填方量=W承臺挖方量-V承臺

(9)

式中，W承臺挖方量—承臺挖方量，m3；H—承臺厚度，m；h底板墊層—底板墊層厚度，m；A—樁底邊長，m；B—樁底邊寬，m；n承臺數量—承臺數量；n樁數量—樁數量；V承臺—承臺下部體積，m3；W總挖方量—挖方量，m3；W樁挖方量—樁挖方量，m3；W填方量—填方量，m3。

根據施工設計圖，1#～6#、11#、12#樓基礎形式為樁基礎，7#、10#、13#樓基礎部分采用樁基礎，采用鉆(沖)孔灌注樁，樁徑D為700mm，平均樁長為30m。承臺厚度0.80m，基礎下墊層厚度0.10m，工作面0.50m。地梁方量按照基礎方量的30%計取。填方為承臺的工作面(0.50m)回填。經計算總挖方量為16549m3；填方量為1230m3，計算結果詳見表3。

表3 樁基礎挖方計算表

2.2.2柱下獨立基礎挖填方

計算公式為：

W下部挖方量=n獨立基礎數量·(h-h底板墊層+h墊層)/3·

{(A·B)+[A+2·(h-h底板墊層

+h墊層)/tan60°]·[B+2·(h-h底板墊層

+h墊層)/tan60°]+{A×B×[A+2×

(h-h底板墊層+h墊層)/tan60°]×[B+2

×(h-h底板墊層+h墊層)/tan60°]}0.5}

(10)

式中，W下部挖方量—基礎下部挖方量，m3；n獨立基礎數量—獨立基礎數量；h—柱下獨立基礎厚度，m；其余變量含義同前文所述。

根據施工設計圖，8#、9#、14#、17#樓基礎形式為柱下獨立基礎，直接澆筑，不擴挖，回填量忽略不計。地梁方量按照基礎方量的30%計取。計算挖方量為1685m3，計算結果詳見表4。

表4 柱下獨立基礎挖方計算表

2.2.3獨立柱基礎挖填方

計算公式為：

W獨基挖方量=[A+2·(h工作面+h墊層)]·[B

+2·(h工作面+h墊層)]·(1+h1+h2

+h3+h墊層)·n數量

(11)

V獨基體積=[h墊層·(A+0.2)·(B+0.2)

+1·a·b+h1·A·B+h2·A1·B1

+h3·A2·B2]·n數量

(12)

W挖方量=W獨基挖方量+W獨基挖方量·30%

(13)

W填方量=W挖方量-V獨基體積

(14)

式中，W獨基挖方量—獨立柱基礎挖方量，m3；A—底邊長度，m；B—底邊寬度，m；h工作面—工作面厚度，m；h墊層—墊層厚度，m；h1、h2、h3—底邊到頂部棱臺每層厚度，m；V獨基體積—獨立柱基礎體積，m3；a—頂邊長度，m；b—頂邊寬度，m；W挖方量—挖方量，m3；W填方量—填方量，m3。

表5 獨立柱基礎挖方計算表 單位：m

綜上所述，建筑物基礎挖方2.21萬m3，填方0.36萬m3。

2.3 場平工程挖填方

根據項目區原地貌圖和規劃設計圖，地下車庫基坑外原地貌平均高程與設計室外平均標高(扣除綠化或硬化結構層厚度0.30m)有明顯高差，需要挖填場地，經表6計算，場平填方量為0.27萬m3，挖方量1.88萬m3。

表6 場平填方計算表

2.4 地下車庫覆土回填

地下車庫上方未建建筑物的區域需要覆土回填為地面后，進行綠化或硬化工程。覆土面積為地下車庫占地面積扣除地下車庫上方建筑占地面積。經計算，覆土回填量為3.51萬m3。計算見表7。

表7 地下車庫覆土回填計算表

2.5 綠化種植土回覆

項目區綠地面積1.96hm2，種植土平均厚度按0.30m計算，則回填方量為0.59萬m3。

2.6 管溝挖填方

項目區雨水溝長度2460m，污水管長度1376m，考慮管溝挖深1.5m，底寬1m，放坡坡比1∶0.5。經計算，管溝挖方量1.25萬m3，挖方堆在管溝兩側，后回填并壓實，填方量1.20萬m3。

2.7 挖填方匯總

項目區挖方為20.13萬m3，填方為7.82萬m3，借方為6.35萬m3，其中外購種植土0.59萬m3，外購土石方5.76萬m3，余(棄)方18.66萬m3，由土石方單位運至垃圾處理廠場地平整，余(棄)方防治責任由接收單位負責[9-10]。借方主要來自業主單位自有房地產項目，土石方購買的防治責任由供方承擔，不包含在項目區中。采用封閉式運土車輛并苫蓋，避免造成撒漏，挖填方匯總詳見表8—9。

表8 挖方量匯總表 單位：萬m3

表9 填方量匯總表 單位：萬m3

2.8 挖填方平衡

經計算，項目區挖方為20.13萬m3，填方為7.82萬m3，借方為6.35萬m3，余(棄)方18.66萬m3。據上述挖填方計算，對項目區挖方、填方和余方進行平衡計算，見表10。

表10 土石方平衡表 單位：萬m3

3 結語

土石方開挖和填方平衡是一種技術手段，可以幫助項目工程管理土石方處理，提高施工效率，避免不必要的投資，實現了開挖和回填的平衡，縮短了施工時間，降低了施工成本，提高了施工質量。同時土石方平衡計算是又水土保持規劃的一個重要組成部分。如果土石方平衡計算不合理，后續的規劃設計就沒有技術支撐，通過對金普新區擁政街道九里村項目區土石方開挖和填方平衡計算，土石方挖填都在項目建設區域內實施，有效減少了擾動地表面積和土壤流失。隨著工程技術的不斷更新和發展，相信未來的土石方開挖和回填技術將更加高效和實用，從而帶動其在建筑領域的應用。